Altura, Frecuencia, Timbre e Intensidad

Para describir un sonido musical se utilizan tres términos: altura, timbre e intensidad. Todo sonido tiene una duración y, a lo largo de ésta, cualquiera de estos tres parámetros puede variar (los sonidos naturales jamás son perfectamente estables o constantes).

La altura y la frecuencia

La altura está directamente relacionada con la frecuencia de la oscilación, pero ambos términos no son sinónimos. De hecho, muchos sonidos (como los percusivos) no tienen una altura definida. El motivo de esta aparente paradoja es que, mientras la frecuencia es una propiedad física indisociable de todo aquello que, como el sonido, vibra u oscila, la altura es una cualidad subjetiva que percibimos sólo en algunos sonidos2. Si golpeamos, por ejemplo, un bombo o un platillo, podremos sin duda afirmar que el platillo suena más agudo que el bombo, pero no podremos decir si estos sonidos correspondían a un Do o a un La.

¿Que es lo que hace que un sonido posea o no una altura clara? Básicamente, su periodicidad. Es necesario que un sonido sea aproximadamente periódico, es decir que su frecuencia de oscilación no varíe (o varíe poco) dentro de un determinado lapso de tiempo, para que lleguemos a percibir una altura. En una escala temporal mayor, la frecuencia sí que puede variar, y en este caso, lo que percibiremos son alturas variables en el tiempo.

El timbre y los armónicos

El timbre podría definirse como el "color" de un sonido, y es lo que nos ayuda a caracterizar y distinguir diferentes tipos de instrumentos, o a reconocer a las personas por su voz. Un La de 440 Hz en una clarinete suena diferente que el mismo La en un saxo; aunque ambos tienen la misma altura, sus timbres no son iguales.

El motivo de esta diferencia de forma, es que las ondas de los sonidos naturales son más complejas porque vibran con varias frecuencias simultáneas. En la naturaleza no se ncuentran sonidos puros con una sola frecuencia.

En los sonidos naturales, la frecuencia de vibración más grave es la que determina normalmente el período y la altura, y se denomina frecuencia base. Las restantes frecuencias, que suelen ser múltiplos de la frecuencia base se denominan armónicos, y cada tipo de instrumento tiene, por su construcción, una serie diferente de armónicos de amplitudes diferentes, que son los que definen su timbre y otorgan las "señas de identidad" al instrumento.

Las matemáticas relacionadas con este concepto, fueron establecidas en el siglo XIX por el físico Jean-Baptiste Fourier, que descubrió que toda señal periódica, por compleja que esta sea, puede descomponerse como una suma de señales sinusoidales armónicas, es decir de frecuencias múltiplos de la original.

La intensidad y los decibelios

Si la altura viene determinada por el número de oscilaciones por unidad de tiempo, la intensidad depende del cuadrado de la amplitud de estas oscilaciones, o la diferencia entre las presiones máxima y mínima que la onda puede alcanzar. La percepción de la intensidad sonora es, en realidad, un fenómeno auditivo muy complejo, mucho más que el de la altura, y lo que sigue es una inevitable simplificación.

Las intensidades de diferentes sonidos pueden variar, aunque parezca increíble, en varios millones de órdenes de magnitud (es decir, el sonido más intenso que podamos oír, lo será varios millones de veces más, que el más tenue). Por ello, la intensidad se mide en una escala logarítmica, los decibelios (dB), de acuerdo con la siguiente fórmula:

Nivel de intensidad en decibelios (dB) = 10 x log10 (amplitud2/amplitud referencia2)

Esta expresión determina un nivel o diferencia de intensidad entre dos amplitudes. El origen (0 dB) corresponde al umbral de audición (mínimo sonido audible). Por debajo de este valor tenemos el auténtico silencio, aunque en el mundo en que vivimos la experimentación del silencio se hace francamente difícil, por lo que muchos de nosotros probablemente no lleguemos a conocer nunca el significado real de esta palabra. Por encima de los 130 dB se
produce una sensación dolorosa. Valores superiores prolongados llegan a destrozar el tímpano.